תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכה מוגבלת ב-CSS.לחוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או לכבות את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
סרטי ביופי הם מרכיב חשוב בפיתוח של זיהומים כרוניים, במיוחד כאשר מדובר במכשירים רפואיים. בעיה זו מהווה אתגר עצום לקהילה הרפואית, שכן אנטיביוטיקה סטנדרטית יכולה למגר סרטים ביופילם רק במידה מוגבלת מאוד. מניעת היווצרות ביופילם הובילה לפיתוח שיטות ציפוי שונות וחומרים חדשים. שיטות אלו שואפות לצפות משטחים בצורה שמכילה את כל המשטחים בצורה שמכילה במיוחד את היווצרות הביו-פילם, זכוכית ומגבילה. מתכות ium, הופיעו כציפויים אנטי-מיקרוביאליים אידיאליים. במקביל, השימוש בטכנולוגיית תרסיס קר גדל מכיוון שזו שיטה מתאימה לעיבוד חומרים רגישים לטמפרטורה. חלק ממטרת מחקר זה הייתה לפתח סרט אנטיבקטריאלי חדשני של זכוכית מתכתית המורכבת מ- Cu-Zr-Ni טרינרי תוך שימוש בטכניקות סגסוגות מכניות המשמשות כחומר סופי של ציפוי פלדה ללא כדורי פלדה. בטמפרטורות נמוכות. מצעים מצופים בזכוכית מתכתית הצליחו להפחית באופן משמעותי את היווצרות ביופילם על ידי לפחות 1 לוג בהשוואה לנירוסטה.
לאורך ההיסטוריה האנושית, כל חברה הצליחה לתכנן ולקדם את החדרת חומרים חדשים העונים על הדרישות הספציפיות שלה, מה שהביא לשיפור בביצועים ובדירוג בכלכלה גלובלית1. זה תמיד יוחס ליכולת האנושית לפתח חומרים וציוד ייצור ועיצובים לייצור ואפיון חומרים כדי להשיג הישגים בבריאות, חינוך, תעשייה, כלכלה, תרבות או מחוזות אחרים ממדינה או מדינות חסרות מידה של מדינה או מחוז אחר.2 במשך 60 שנה, מדעני חומרים הקדישו חלק ניכר מזמנם להתמקדות בעניין מרכזי אחד: המרדף אחר חומרים חדשניים ומתקדמים. מחקרים אחרונים התמקדו בשיפור האיכות והביצועים של חומרים קיימים, כמו גם סינתזה והמצאה של סוגים חדשים לחלוטין של חומרים.
הוספת אלמנטים מתג, שינוי מבנה המיקרו של החומר ויישום טכניקות עיבוד תרמיות, מכניות או תרמו-מכניות הביאו לשיפורים משמעותיים בתכונות המכניות, הכימיות והפיזיקליות של מגוון חומרים שונים. יתרה מכך, תרכובות שלא נשמעו עד כה סונתזו בהצלחה בשלב זה. חומרים מתמשכים אלה הולידו מאמצים חדשניים של משפחה, חומר חדשני, 2 חומרים מתקדמים. , ננו-חלקיקים, ננו-צינורות, נקודות קוונטיות, זכוכית מתכתית אפס-ממדית, אמורפית וסגסוגות בעלות אנטרופיה גבוהה הם רק כמה דוגמאות לחומרים מתקדמים שהוכנסו לעולם מאז אמצע המאה הקודמת. כאשר ייצור ופיתוח סגסוגות חדשות בעלות תכונות מעולות, בשלב הסופי או בטכניקת הייצור שלה, בדרך כלל, התוצאה היא תוצאה של מוצר חוץ בייצור. כדי לסטות באופן משמעותי משיווי המשקל, התגלתה מעמד חדש לגמרי של סגסוגות מט-יציבות, הידועות כמשקפיים מתכתיים.
עבודתו ב-Caltech ב-1960 הביאה מהפכה בתפיסה של סגסוגות מתכת כאשר הוא סינתז סגסוגות Au-25 ב-% Si על ידי מיצוק מהיר של נוזלים בכמעט מיליון מעלות בשנייה. מחקרים בסינתזה של סגסוגות MG, כמעט כל הכוסות המתכתיות יוצרו במלואן באמצעות אחת מהשיטות הבאות;(i) התמצקות מהירה של ההיתוך או הקיטור, (ii) אי סדר אטומי של הסריג, (iii) תגובות אמורפיזציה במצב מוצק בין יסודות מתכת טהורים, ו-(iv) מעברים במצב מוצק של פאזות מוצקות.
MGs נבדלים על ידי היעדר הסדר האטומי ארוך הטווח הקשור עם גבישים, שהוא מאפיין מכריע של גבישים. בעולם של ימינו, חלה התקדמות רבה בתחום הזכוכית המתכתית. הם חומרים חדשים בעלי תכונות מעניינות שמעניינים לא רק בפיזיקה של מצב מוצק, אלא גם בביולוגיה, טכנולוגיות שונות של חומרים כימיים, ביולוגיים וטכנולוגיים אחרים. מאפיינים ממתכות מוצקות, מה שהופך אותו למועמד מעניין ליישומים טכנולוגיים במגוון תחומים. יש להם כמה תכונות חשובות;(i) משיכות מכאנית גבוהה וחוזק תפוקה, (ii) חדירות מגנטית גבוהה, (iii) כוויה נמוכה, (iv) עמידות בפני קורוזיה יוצאת דופן, (v) אי תלות בטמפרטורה המוליכות של 6,7.
סגסוגת מכנית (MA)1,8 היא טכניקה חדשה יחסית, שהוצגה לראשונה בשנת 19839 על ידי פרופ' CC Kock ועמיתיו. הם הכינו אבקות אמורפיות Ni60Nb40 על ידי טחינת תערובת של יסודות טהורים בטמפרטורת הסביבה הקרובה מאוד לטמפרטורת החדר.בדרך כלל, תגובת ה-MA מתבצעת בין צימוד דיפוזי של אבקות החומר המגיב בכור, העשויות בדרך כלל מפלדת אל-חלד לטחנת כדורים 10 (איור 1a, b). מאז, טכניקת תגובה מוצקה זו, המושרה מכני, שימשה להכנת אבקות חדשניות מסגסוגת זכוכית אמורפית/מתכתית באמצעות אבקות טחנת אנרגיה נמוכה (איור 1), כמו גם טחנת 1, 1 טחנת אנרגיה נמוכה (איור 2). ,13,14,15 , 16.במיוחד, שיטה זו שימשה להכנת מערכות בלתי ניתנות לערבב כגון Cu-Ta17, כמו גם סגסוגות בנקודת התכה גבוהה כגון מערכות מתכת אל-מעבר (TM; Zr, Hf, Nb ו-Ta)18,19 ו-Fe-W20 , אשר לא ניתן להשיג באמצעות כלי הכנה קונבנציונליים, טכנולוגיית הכנה תעשייתית החזקה ביותר של naFur נחשבת לאמצעי ההכנה התעשייתיים החזקים ביותר. חלקיקי אבקה אוקריסטליים וננומרוכבים של תחמוצות מתכת, קרבידים, ניטרידים, הידרידים, ננו-צינוריות פחמן, ננו-יהלומים, כמו גם ייצוב רחב באמצעות גישה מלמעלה למטה 1 ושלבים יציבים.
סכימה המציגה את שיטת הייצור המשמשת להכנת Cu50(Zr50−xNix) ציפוי זכוכית מתכתי (MG)/SUS 304 במחקר זה.(א) הכנת אבקות סגסוגת MG עם ריכוזי Ni שונים x (x; 10, 20, 30 ו-40 at.%) באמצעות טכניקת כרסום כדור באנרגיה נמוכה. קופסה מלאה באווירת He.(ג) דגם שקוף של כלי הטחינה הממחיש את תנועת הכדור במהלך הטחינה. התוצר הסופי של האבקה שהתקבל לאחר 50 שעות שימש לציפוי מצע SUS 304 בשיטת ההתזה הקרה (ד).
כשמדובר במשטחי חומר בתפזורת (מצעים), הנדסת משטח כוללת תכנון ושינוי של משטחים (מצעים) כדי לספק איכויות פיזיות, כימיות וטכניות מסוימות שאינן נכללות בחומר בתפזורת המקורי. כמה תכונות שניתן לשפר ביעילות על ידי טיפולי משטח כוללות עמידות בפני שחיקה, עמידות חמצון וקורוזיה, מקדם חיכוך, ביו-אינרטיות ושיפור תכונות חשמליות ב-S, תכונות חשמליות ב-S. טכניקות מתכות, מכניות או כימיות. כתהליך ידוע, ציפוי מוגדר בפשטות כשכבות בודדות או מרובות של חומר שהופקדו באופן מלאכותי על פני עצם (מצע) בתפזורת העשוי מחומר אחר. לפיכך, ציפויים משמשים בחלקם כדי להשיג כמה תכונות טכניות או דקורטיביות רצויות, כמו גם כדי להגן על חומרים מפני אינטראקציות כימיות ופיזיות צפויות עם הסביבה23.
על מנת להפקיד שכבות הגנה מתאימות על פני השטח בעוביים הנעים בין מיקרומטרים בודדים (מתחת ל-10-20 מיקרומטר) ועד מעל 30 מיקרומטרים או אפילו מילימטרים בודדים, ניתן ליישם שיטות וטכניקות רבות. באופן כללי, ניתן לחלק את תהליכי הציפוי לשתי קטגוריות: (i) שיטות ציפוי רטוב, לרבות ציפוי אלקטרולי, ציפוי אלקטרולי, שיטת ציפוי חם וגלישת גלים, שיטת ציפוי חם, גלישת גלים, שיטת ציפוי יבש. , שקיעת אדים פיזית (PVD), שקיעת אדים כימית (CVD), טכניקות ריסוס תרמי ולאחרונה טכניקות ריסוס קר 24 (איור 1ד).
סרטי ביו-פילמים מוגדרים כקהילות מיקרוביאליות המחוברות באופן בלתי הפיך למשטחים ומוקפות בפולימרים חוץ-תאיים (EPS) המיוצרים בעצמם. היווצרות ביופילם בוגר באופן שטחי עלולה להוביל להפסדים משמעותיים במגזרים תעשייתיים רבים, כולל תעשיית המזון, מערכות המים וסביבות הבריאות. בבני אדם, כאשר נוצרים סרטים ביו-פילמים, יותר מ-80% מהמקרים של זיהום חיידקי חיידקי ו-Stapinlococcial הם קשים. יתר על כן, דווח על סרטים בוגרים כעמידים פי 1000 לטיפול אנטיביוטי בהשוואה לתאי חיידקים פלנקטוניים, הנחשב לאתגר טיפולי מרכזי. חומרי ציפוי אנטי-מיקרוביאליים של פני השטח שמקורם בתרכובות אורגניות קונבנציונליות שימשו בעבר. למרות שחומרים כאלה מכילים לעתים קרובות רכיבים רעילים לבני אדם,25 עלולים לסייע בסיכון להעברה לבני אדם,25 הם עלולים לסייע בהעברה של חיידקים.
העמידות הנרחבת של חיידקים לטיפולים אנטיביוטיים עקב היווצרות ביופילם הובילה לצורך בפיתוח משטח אנטי-מיקרוביאלי מצופה קרום אנטי-מיקרוביאלי שניתן ליישם בבטחה27. פיתוח משטח אנטי-הידבקות פיזי או כימי שאליו מעכבים תאי חיידק להיקשר ולבנות סרטים ביופימים עקב הידבקות, הגישה הראשונה לפתח תהליך אנטי-מימי זה, הטכנולוגיה האנטי-מימית הזו מאפשרת לפתח ציפוי 27. בדיוק היכן שהם נחוצים, בכמויות מרוכזות ומותאמות במיוחד. הדבר מושג על ידי פיתוח חומרי ציפוי ייחודיים כגון גרפן/גרמניום28, יהלום שחור29 וציפויי פחמן דמוי יהלומים מסוממים ב-ZnO30 שעמידים בפני חיידקים, טכנולוגיה שממקסמת את הרעילות והפיתוח עמידות עקב יצירת ציפויים משטחים מופחתים באופן משמעותי, ומספקים ציפויים כימיים משטחים ארוכים, ומספקים ציפויים כימיים מופחתים באופן משמעותי. הגנה לטווח מפני זיהום חיידקי הופכים פופולריים יותר. למרות שכל שלושת ההליכים מסוגלים לייצר השפעות אנטי-מיקרוביאליות על משטחים מצופים, לכל אחד מהם יש מגבלות משלו שיש לקחת בחשבון בעת ​​פיתוח אסטרטגיות יישום.
מוצרים הקיימים כיום בשוק סובלים מחוסר זמן לנתח ולבדוק ציפויי הגנה עבור חומרים פעילים ביולוגית. חברות טוענות שהמוצרים שלהן יספקו למשתמשים היבטים פונקציונליים רצויים;עם זאת, זה היווה מכשול להצלחת המוצרים הקיימים כיום בשוק. תרכובות המופקות מכסף משמשות ברוב המכריע של הטיפולים האנטי-מיקרוביאליים הזמינים כעת לצרכנים. מוצרים אלו פותחו כדי להגן על המשתמשים מההשפעות העלולות להיות מסוכנות של מיקרואורגניזמים. ההשפעה האנטי-מיקרוביאלית המעוכבת והרעילות הנלווית של תרכובות כסף מגדילות את הלחץ על ציפוי אנטי-מיקרו-אלטרנטיבי7 ופחות מזיקה לחוקרים 7 מזיקים בעולם. בפנים ובחוץ עדיין מתגלה כמשימה מרתיעה. הסיבה לכך היא הסיכונים הנלווים לבריאות והבטיחות. גילוי חומר אנטי-מיקרוביאלי שפחות מזיק לבני אדם והבנת איך לשלב אותו במצעי ציפוי עם חיי מדף ארוכים יותר היא מטרה מבוקשת מאוד38. החומרים האנטי-מיקרוביאליים העדכניים ביותר מיועדים לשחרור ישיר של חומרי חיידקים או אנטי-ביו-בקטריאליים פעילים בטווח ישיר או בקטריות. y יכול לעשות זאת על ידי עיכוב הידבקות חיידקית ראשונית (כולל מניעת היווצרות שכבת חלבון על פני השטח) או על ידי הרג חיידקים על ידי התערבות בדופן התא.
ביסודו של דבר, ציפוי משטח הוא תהליך של הנחת שכבה נוספת על פני השטח של רכיב כדי לשפר את האיכויות הקשורות למשטח. המטרה של ציפוי פני השטח היא להתאים את המיקרו-מבנה ו/או ההרכב של האזור הקרוב לפני השטח של הרכיב. על השיטה המשמשת ליצירת הציפוי.
(א) שיבוץ המציג את טכניקות הייצור העיקריות המשמשות למשטח, ו-(ב) יתרונות וחסרונות נבחרים של טכניקת ההתזה הקר.
טכנולוגיית ההתזה הקרה חולקת קווי דמיון רבים עם שיטות ההתזה התרמיות הקונבנציונליות. עם זאת, יש גם כמה מאפיינים בסיסיים שהופכים את תהליך ההתזה הקר וחומרי ההתזה הקרים לייחודיים במיוחד. טכנולוגיית ההתזה הקרה נמצאת עדיין בחיתוליה, אך יש לה עתיד מזהיר. ביישומים מסוימים, התכונות הייחודיות של התזה קרות מציעות יתרונות גדולים, תוך התגברות על המגבלות הטבועות בשיטת ההתזה המסורתית. טכנולוגיית ray, שבמהלכה יש להמיס את האבקה על מנת להתמקם על המצע. ברור שתהליך ציפוי מסורתי זה אינו מתאים לחומרים רגישים לטמפרטורה כגון ננו-גבישים, ננו-חלקיקים, זכוכית אמורפית ומתכתית40, 41, 42. יתר על כן, לחומרי ציפוי תרמיים יש תמיד יתרון גבוה של טכנולוגיית התזות והתרסיסים הללו על פני טכנולוגיית התזות הפורמלית. כמו (i) הזנת חום מינימלית למצע, (ii) גמישות בבחירות ציפוי המצע, (iii) היעדר טרנספורמציה של פאזה וצמיחת גרגרים, (iv) חוזק קשר גבוה1,39 (איור.2ב). בנוסף, לחומרי ציפוי בריסוס קר יש עמידות גבוהה בפני קורוזיה, חוזק וקשיות גבוהים, מוליכות חשמלית גבוהה וצפיפות גבוהה. ניתן להשתמש באבקות מרוכבות מקרמיקה/מתכת כחומרי גלם לציפויים. כנ"ל לגבי שיטות ריסוס תרמיות אחרות. עדיין קשה לרסס משטחים מסובכים ומשטחי צינור פנימיים.
בהתחשב בכך שהעבודה הנוכחית שואפת להשתמש באבקות זכוכית מתכתיות כחומרי ציפוי גולמיים, ברור שלא ניתן להשתמש בריסוס תרמי קונבנציונלי למטרה זו. הסיבה לכך היא שאבקות זכוכית מתכתיות מתגבשות בטמפרטורות גבוהות1.
רוב הכלים המשמשים בתעשיות הרפואה והמזון עשויים מסגסוגות נירוסטה אוסטניטיות (SUS316 ו-SUS304) עם תכולת כרום בין 12 ל-20% משקל לייצור מכשירים כירורגיים. מקובל בדרך כלל שהשימוש במתכת כרום כאלמנט מתגסוג בסגסוגות פלדה נטולות-חלד יכול לשפר מאוד את עמידות הסגסוגות של פלדה ללא קורוזיה הגבוהה של הסגסוגות. עמידות, אינם מפגינים תכונות אנטי-מיקרוביאליות משמעותיות38,39. זה מנוגד לעמידותם הגבוהה בפני קורוזיה. לאחר מכן, ניתן לחזות התפתחות של זיהום ודלקת, אשר נגרמת בעיקר על ידי הידבקות חיידקים וקולוניזציה על פני השטח של חומרים ביולוגיים מנירוסטה. עלולים להיווצר קשיים משמעותיים עקב קשיים משמעותיים הקשורים להופעת עופרת, דפורמציה בריאותית של חיידקים, שעלולים להיווצר עופרת, דפורמציה בריאותית, השלכות שעלולות להשפיע באופן ישיר או עקיף על בריאות האדם.
מחקר זה הוא השלב הראשון של פרויקט הממומן על ידי קרן כווית לקידום המדע (KFAS), חוזה מס' 2010-550401, לבחינת היתכנות של ייצור אבקות מזכוכית מתכתיות Cu-Zr-Ni באמצעות טכנולוגיית MA (טבלה 1) לייצור של סרט אנטיבקטריאלי שלב הגנת השטח/S3,204 של ינואר 204, התחלת ציפוי משטח בינואר, US3,20. יבחן בפירוט את מאפייני הקורוזיה האלקטרוכימית והתכונות המכניות של המערכת. בדיקות מיקרוביולוגיות מפורטות יבוצעו עבור מיני חיידקים שונים.
במאמר זה, נידונה ההשפעה של תכולת רכיבי ה-Zr על יכולת יצירת הזכוכית (GFA) בהתבסס על מאפיינים מורפולוגיים ומבניים. בנוסף, נדונו גם התכונות האנטי-בקטריאליות של ציפוי אבקת זכוכית מתכתי מצופה/קומפוזיט SUS304. יתרה מכך, בוצעה עבודה נוכחית כדי לחקור את האפשרות של טרנספורמציה מבנית של אבקת זכוכית מתכתית מתכתית של אבקת זכוכית נוזלית. כדוגמאות מייצגות, נעשה שימוש בסגסוגות זכוכית מתכתיות Cu50Zr30Ni20 ו-Cu50Zr20Ni30 במחקר זה.
בחלק זה מוצגים השינויים המורפולוגיים של אבקות Cu, Zr ו-Ni היסודיות בטחינת כדורים באנרגיה נמוכה. כדוגמאות להמחשה, שתי מערכות שונות המורכבות מ-Cu50Zr20Ni30 ו-Cu50Zr40Ni10 ישמשו כדוגמאות מייצגות. ניתן לחלק את תהליך MA לשלושה שלבים נפרדים, כפי שמוצג על ידי שלב הטחינה המיוצר במהלך אפיון הטחינה המטאלוגרפית (3).
מאפיינים מטאלוגרפיים של אבקות סגסוגת מכנית (MA) שהושגו לאחר שלבים שונים של זמן טחינה כדורית. תמונות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת פליטת שדה (FE-SEM) של אבקות MA ו-Cu50Zr40Ni10 שהתקבלו לאחר זמני טחינה של כדורים באנרגיה נמוכה של 3, 12 ו-50 שעות מוצגות ב-(a), (c) ו-(e) בתמונות MA, (c) ו-(e50Z) באותה מערכת Corponi. של מערכת Cu50Zr40Ni10 שצולמו לאחר זמן מוצגים ב-(ב), (ד) ו-(ו).
במהלך כרסום כדורים, האנרגיה הקינטית האפקטיבית שניתן להעביר לאבקת המתכת מושפעת משילוב הפרמטרים, כפי שמוצג באיור 1a. זה כולל התנגשויות בין כדורים לאבקות, גזירה דחיסה של אבקה שנתקעה בין או בין חומרי השחיקה, פגיעה של כדורים נופלים, גזירה ובלאי עקב גרירת אבקה בין כדורי טחינה נעים העוברים דרך כדורי כדור מתפשטים דרך cf(E). אבקות al Cu, Zr ו-Ni היו עיוותים קשות עקב ריתוך קר בשלב המוקדם של MA (3 שעות), וכתוצאה מכך חלקיקי אבקה גדולים (קוטר של יותר מ-1 מ"מ). חלקיקים מרוכבים גדולים אלה מאופיינים ביצירת שכבות עבות של יסודות סגסוגת (Cu, Zr, Ni), כפי שמוצג באיור. 3a,b. טחנת הכדורים, וכתוצאה מכך הפירוק של האבקה המרוכבת לאבקות עדינות יותר (פחות מ-200 מיקרומטר), כפי שמוצג באיור 3c,d. בשלב זה, כוח הגזירה המופעל מוביל להיווצרות של משטח מתכת חדש עם שכבות רמז Cu, Zr, Ni, כפי שמוצג באיור. 3c,d.
בשיאו של תהליך MA (לאחר 50 שעות), המטאלוגרפיה המתקלפת נראתה רק במעט (איור 3e,f), אך המשטח המלוטש של האבקה הראה מתכת מראה. משמעות הדבר היא שתהליך MA הושלם והתרחשה יצירת שלב תגובה בודד. הרכב היסודות של האזורים שצוינו באיור II, IIIe) נקבע באמצעות איור II, vi 3e) n מיקרוסקופיה (FE-SEM) בשילוב עם ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDS) (IV).
בטבלה 2, ריכוזי היסודות של יסודות סגסוגת מוצגים כאחוז מהמשקל הכולל של כל אזור שנבחר באיור 3e,f.כאשר משווים תוצאות אלו עם ההרכבים הנומינליים ההתחלתיים של Cu50Zr20Ni30 ו- Cu50Zr40Ni10 המפורטים בטבלה 1, ניתן לראות שלשני המוצרים הסופיים יש את הערך היחסי, הנומינלי יותר של ההרכבים הסופיים הללו. ערכי רכיבי e עבור האזורים המפורטים באיור 3e,f אינם מרמזים על הידרדרות או תנודה משמעותית בהרכב של כל דגימה מאזור אחד לאחר. הדבר מעיד על ידי העובדה שאין שינוי בהרכב מאזור אחד למשנהו. הדבר מצביע על ייצור אבקות סגסוגת הומוגניות, כפי שמוצג בטבלה 2.
צילומי מיקרו של FE-SEM של אבקת המוצר הסופי Cu50(Zr50−xNix) התקבלו לאחר 50 פעמים MA, כפי שמוצג באיור 4a-d, כאשר x הוא 10, 20, 30 ו-40 at.%, בהתאמה. לאחר שלב טחינה זה, האבקה מתקבצת עקב היווצרות ואן דר-וולס המורכבת מ-3 אגרגטים בקוטר גדול של 3 אגרגטים. עד 126 ננומטר, כפי שמוצג באיור 4.
מאפיינים מורפולוגיים של אבקות Cu50(Zr50−xNix) שהושגו לאחר זמן MA של 50 שעות. עבור המערכות Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, תמונות FE-SEM של האבקות המתקבלות בהתאמה (b) מוצגות לאחר (b) והפעמים המתקבלות לאחר (b).
לפני העמסת האבקות למזין תרסיס קר, הן עברו צלילים באתנול בדרגה אנליטית למשך 15 דקות ולאחר מכן יובשו ב-150 מעלות צלזיוס למשך שעתיים. יש לנקוט שלב זה כדי להילחם בהצלחה בצבירה שלעתים קרובות גורמת לבעיות משמעותיות רבות לאורך תהליך הציפוי. לאחר השלמת תהליך MA, בוצעו אפיונים נוספים כדי לחקור את כל ההומוגניות של ה-microoyd-EM. גרפים ותמונות ה-EDS המתאימות של רכיבי הסגסוגת Cu, Zr ו-Ni של סגסוגת Cu50Zr30Ni20 שהתקבלו לאחר 50 שעות של M זמן, בהתאמה. יש לציין כי אבקות הסגסוגת המיוצרות לאחר שלב זה הן הומוגניות שכן הן אינן מציגות תנודות קומפוזיציה מעבר לרמת התת-ננומטר, כפי שמוצג באיור 5.
מורפולוגיה והתפלגות יסוד מקומית של אבקת MG Cu50Zr30Ni20 שהתקבלה לאחר 50 פעמים MA על ידי ספקטרוסקופיה של FE-SEM/אנרגיה פיזור רנטגן (EDS).(א) מיפוי SEM ורנטגן EDS של (ב) Cu-Kα, (ג) תמונות Zr-Lα ו-(ד) Ni-Kα.
דפוסי ה-XRD של אבקות Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 ו-Cu50Zr20Ni30 מסגסוגת מכנית שהתקבלו לאחר זמן MA של 50 שעות מוצגות באיור. 6a-d, בהתאמה. לאחר שלב זה של דגימות ריכוזיות שונות של כרסום, כל הדגימות המוצגות עם דפוסי טחינה מפוזרים ב-am. 6.
דפוסי XRD של אבקות (א) Cu50Zr40Ni10, (ב) Cu50Zr30Ni20, (ג) Cu50Zr20Ni30 ו-(ד) Cu50Zr20Ni30 לאחר זמן MA של 50 שעות. כל הדגימות ללא יוצא מן הכלל הראו דפוס דיפוזיה של הילה, מה שמרמז על היווצרות של שלב א.מ.
נעשה שימוש במיקרוסקופיה של פליטת שדה ברזולוציה גבוהה של העברה אלקטרונית (FE-HRTEM) כדי לצפות בשינויים מבניים ולהבין את המבנה המקומי של האבקות הנובעות מטחינת כדור בזמנים שונים של MA. תמונות FE-HRTEM של האבקות שהתקבלו לאחר שלבי הטחינה המוקדמים (6 שעות) והבינוניים (18 שעות) של Cu50Zr30Ni140i, ב-Cu50Zr30Ni20i, מוצגות ב-Cu50Zr30Ni140i אבקה, בהתאמה. לפי תמונת השדה הבהירה (BFI) של האבקה שהופקה לאחר MA​ 6 שעות, האבקה מורכבת מגרגרים גדולים עם גבולות מוגדרים היטב של היסודות fcc-Cu, hcp-Zr ו-fcc-Ni, ואין שום סימן לכך ששלב התגובה נוצר, כפי שמוצג באיור. דפוס עקיפה (איור 7b), המצביע על נוכחות של גבישים גדולים והיעדר שלב תגובתי.
אפיון מבני מקומי של אבקת MA המתקבלת לאחר שלבים מוקדמים (6 שעות) ובינוניים (18 שעות).(א) מיקרוסקופ אלקטרונים שידור ברזולוציה גבוהה של פליטת שדה (FE-HRTEM), ו-(ב) תבנית עקיפות השטח שנבחרה המקבילה (SADP) של אבקת Cu50Zr30Ni20 לאחר טיפול MA למשך 6 שעות. התמונה של FE-H01ZR מוצגת לאחר זמן של MA01Z. ב-(ג).
כפי שמוצג באיור 7c, הארכת משך ה-MA ל-18 שעות הובילה לפגמי סריג חמורים בשילוב עם דפורמציה פלסטית. במהלך שלב ביניים זה של תהליך ה-MA, האבקה מציגה פגמים שונים, כולל פגמים בערימה, פגמי סריג ופגמים נקודתיים (איור 7). פגמים אלו גורמים להתפצלות של תת-גרגירים בגודל קטן מ-20. ננומטר (איור 7ג).
המבנה המקומי של אבקת Cu50Z30Ni20 שנטחנה במשך 36 שעות MA יש היווצרות של ננו-גרגירים אולטרה-עדינים המוטבעים במטריצה ​​עדינה אמורפית, כפי שמוצג באיור. 8a. ניתוח EDS מקומי הצביע על כך שאותם ננו-צבירים המוצגים באיור. 8a היו קשורים ל-Cu, Zr ו-Ni לא מעובדים. (שטח רזה) עד ~74 אט.% (שטח עשיר), המעיד על היווצרות של מוצרים הטרוגניים. יתרה מכך, ה-SADPs המקבילים של האבקות המתקבלות לאחר טחינה בשלב זה מראים טבעות ראשוניות ומשניות מפוזרות הילה של שלב אמורפי, החופפות לנקודות חדות הקשורות לאותם יסודות סגסוג גולמיים, כפי שמוצג באיור 8b.
מעבר ל-36 אבקת h-Cu50Zr30Ni20 תכונות מבניות מקומיות בקנה מידה ננו.(א) תמונת שדה בהירה (BFI) ו-SADP מקבילה (ב) של אבקת Cu50Zr30Ni20 שהתקבלה לאחר טחינה במשך 36 שעות MA זמן.
לקראת סוף תהליך MA (50 שעות), Cu50(Zr50−xNix), X;אבקות 10, 20, 30 ו-40 at.% יש תמיד מורפולוגיה של פאזה אמורפית מבוך כפי שמוצג באיור. 9a-d. ב-SADP המקביל של כל הרכב, לא ניתן היה לזהות עקיפות דמויות נקודתיות או דפוסים טבעתיים חדים. הדבר מצביע על כך שאין אבקה מעובדת של גבישי אלא מתכת אמפורית, אלא מתכת אמפורית. דפוסי דיפוזיה של הילה שימשו גם כעדות לפיתוח שלבים אמורפיים בחומר המוצר הסופי.
מבנה מקומי של התוצר הסופי של מערכת MG Cu50 (Zr50−xNix). FE-HRTEM ודפוסי עקיפה של ננו-קרן מתואמים (NBDP) של (א) Cu50Zr40Ni10, (ב) Cu50Zr30Ni20, (ג) Cu50Zr20Ni30 ו-(d) MA50Z שלאחר 4.
היציבות התרמית של טמפרטורת מעבר הזכוכית (Tg), אזור הנוזל המקורר תת (ΔTx) וטמפרטורת ההתגבשות (Tx) כפונקציה של תכולת ה-Ni (x) של המערכת האמורפית Cu50(Zr50−xNix) נחקרה באמצעות קלורימטריית סריקה דיפרנציאלית (DSC) של מאפיינים תחת זרימת הגז ה-Cu50iZ,Cu50Z,Cu50Z,DSC. אבקות סגסוגת אמורפית 0 ו-Cu50Zr10Ni40 שהושגו לאחר זמן MA של 50 שעות מוצגות באיור 10a, b, e, בהתאמה. בעוד שעקומת ה-DSC של Cu50Zr20Ni30 האמורפית מוצגת בנפרד באיור. .
יציבות תרמית של אבקות Cu50(Zr50−xNix) MG המתקבלות לאחר זמן MA של 50 שעות, כפי שנקבע על ידי טמפרטורת מעבר זכוכית (Tg), טמפרטורת התגבשות (Tx) ואזור נוזלי מקורר תת (ΔTx). אבקות סגסוגת Cu50Zr20Ni30 ו-(ה) Cu50Zr10Ni40 MG לאחר זמן MA של 50 שעות. דפוס דיפרקציית רנטגן (XRD) של מדגם Cu50Zr30Ni20 מחומם ל-~700 מעלות צלזיוס ב-DSC מוצג ב-(ד).
כפי שמוצג באיור 10, עקומות ה-DSC של כל הקומפוזיציות עם ריכוזי Ni שונים (x) מצביעות על שני מקרים שונים, האחד אנדותרמי והשני אקסותרמי. האירוע האנדותרמי הראשון תואם ל-Tg, בעוד שהשני קשור ל-Tx. אזור הטווח האופקי הקיים בין Tg ל-Tx נקרא אזור הנוזל המשתת-קרר (ΔTx = Tx - T50i התוצאות של CuNg) דגימה 0 (איור 10a), ממוקמת ב-526°C ו-612°C, מעבירים את התוכן (x) ל-20 at.% לכיוון הצד הטמפרטורה הנמוכה של 482°C ו- 563°C עם תכולת Ni (x) עולה, בהתאמה, כפי שמוצג באיור 10b. כתוצאה מכך, ה- ΔTx4 של Cu5010s. 81 מעלות צלזיוס עבור Cu50Zr30Ni20 (איור 10b). עבור סגסוגת MG Cu50Zr40Ni10, נצפה גם שערכי Tg, Tx ו-ΔTx ירדו לרמה של 447°C, 526°C ו-79°C ו-79°C מצביע על עליית היציבות של Nimal ל-a (איור 1). סגסוגת MG. לעומת זאת, ערך ה-Tg (507 מעלות צלזיוס) של סגסוגת MG Cu50Zr20Ni30 נמוך מזה של סגסוגת MG Cu50Zr40Ni10;עם זאת, ה-Tx שלו מראה ערך דומה לזה הקודם (612°C). לכן, ΔTx מציג ערך גבוה יותר (87°C), כפי שמוצג באיור 10c.
מערכת MG Cu50(Zr50−xNix), לוקחת את סגסוגת MG Cu50Zr20Ni30 כדוגמה, מתגבשת דרך פסגה אקזותרמית חדה לשלבים הגבישיים של fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 ו-orthorhombic-ZrNi30 פאזה זו מאושרת על ידי cristallion amcrphine (Fig). של דגימת MG (איור 10d), שחומם ל-700 מעלות צלזיוס ב-DSC.
איור 11 מציג צילומים שצולמו בתהליך הריסוס הקור שבוצעו בעבודה הנוכחית. במחקר זה, חלקיקי אבקה דמויי זכוכית מתכתית שסונתזו לאחר זמן MA של 50 שעות (נטילת Cu50zr20ni30 כדוגמה) שימשו כחומרי גלם אנטי-בקטריאליים, והמשטה של ​​ריסוס נירוסטה, והשתמשה בטכנולוגיית ריסוס קרה. חומרים רגישים לטמפרטורה גרורה כמו אבקות אמורפיות וננו-קריסטליות, שאינן נתונות למעברים פאזיים. זהו הגורם העיקרי בבחירת שיטה זו. תהליך הריסוס הקור מתבצע על ידי שימוש בחלקיקי המהירות הגבוהה המרה את האנרגיה הקינטית של החלקיקים הפלסטיים, המתח והחום על המשפטים או שהופקדו בעבר.
תמונות שדה מציגות את הליך הריסוס הקר המשמש לחמש הכנות רצופות של ציפוי MG/SUS 304 ב-550 מעלות צלזיוס.
יש להמיר את האנרגיה הקינטית של החלקיקים, ובכך את המומנטום של כל חלקיק בתצורת הציפוי, לצורות אחרות של אנרגיה באמצעות מנגנונים כגון דפורמציה פלסטית (אינטראקציות ראשוניות של חלקיקים וחלקיקים-חלקיקים במצע ואינטראקציות חלקיקים), איחוד חללים, סיבוב חלקיק-חלקיק, מתח ובסופו של דבר כל האנרגיה החום-והמרה ב-39. אנרגיה, התוצאה היא התנגשות אלסטית, מה שאומר שהחלקיקים פשוט חוזרים אחורה לאחר הפגיעה. צוין כי 90% מאנרגיית הפגיעה המופעלת על החלקיקים/חומר המצע מומרת לחום מקומי 40 . יתרה מכך, כאשר מופעל עומס פגיעה, משיגים שיעורי עקה פלסטיים גבוהים באזור חלקיק המגע/מצע, תוך זמן קצר מאוד441.
דפורמציה פלסטית נחשבת בדרך כלל לתהליך של פיזור אנרגיה, או ליתר דיוק, מקור חום באזור הממשק. עם זאת, עליית הטמפרטורה באזור המשטח אינה מספיקה בדרך כלל כדי לייצר התכה משטחית או כדי לקדם באופן משמעותי דיפוזיה גושית אטומית. אף פרסום שידוע למחברים לא חוקר את השפעת המאפיינים של זכוכית מתכתית אלה כאשר משתמשים באבקות המשמשות באבקות זכוכית מתכת ובהדבקה בשיטת התזה.
ניתן לראות את ה-BFI של אבקת סגסוגת MG Cu50Zr20Ni30 באיור 12a, שצופה על מצע SUS 304 (איורים 11, 12b). כפי שניתן לראות מהאיור, האבקות המצופות שומרות על המבנה האמורפי המקורי שלהן, שכן יש להן מבנה מבוך עדין של מבנה יד נוסף ללא כל דמות פגום על גבי מצע נוסף. שלב חדש, כפי שהוצע על ידי ננו-חלקיקים המשולבים במטריצת האבקה המצופה ב-MG (איור 12a). איור 12c מתאר את דפוס עקיפות ננו-קרן אינדקס (NBDP) המשויך לאזור I (איור 12a). כפי שמוצג באיור 12c, NBDP מציג את דפוס הדיפוזיה החד של ה-coexphine עם דפוס ה-coexphine חלש עם דפוס ה-coexphine c. גדול מעוקב Zr2Ni metstable פלוס טטרגונל CuO phase. ניתן לייחס את היווצרות CuO לחמצון האבקה בעת נסיעה מהזרבובית של אקדח הריסוס ל-SUS 304 באוויר הפתוח תחת זרימה על-קולית. מצד שני, דה-vitrification של אבקות זגוגיות מתכתיות השיגה את היווצרות של 500°C של פסים קרים עבור טיפול קר של 500°C.
(א) תמונת FE-HRTEM של אבקת MG מצופה על (ב) מצע SUS 304 (הוספה של איור). האינדקס NBDP של הסמל העגול המוצג ב-(א) מוצג ב-(ג).
כדי לאמת מנגנון פוטנציאלי זה להיווצרות ננו-חלקיקי Zr2Ni מעוקבים גדולים, בוצע ניסוי עצמאי. בניסוי זה רוססו האבקות מאקדח ריסוס ב-550 מעלות צלזיוס לכיוון מצע SUS 304;עם זאת, כדי להבהיר את השפעת החישול של האבקות, הן הוסרו מרצועת SUS304 במהירות האפשרית (כ-60 שניות). בוצעה מערכת ניסויים נוספת שבה אבקה הוסרה מהמצע כ-180 שניות לאחר השקיעה.
איורים 13a,b מציגים תמונות שדה כהה (DFI) שהתקבלו על ידי סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונית (STEM) של שני חומרים מרוססים שהופקדו על מצעי SUS 304 למשך 60 שניות ו-180 שניות, בהתאמה. לתמונת האבקה שהופקדה למשך 60 שניות אין פירוט מורפולוגי, מה שמראה חוסר תכונה של אבקה זו, אשר אישרה גם חוסר מבנה של אבקה זו (איור 13a). phous, כפי שמצוין על ידי מרבית הדיפרקציה הראשונית והמשנית הרחבה המוצגת באיור 14a. אלה מצביעים על היעדר משקעים מט-יציבים/מזופאזיים, כאשר האבקה שומרת על המבנה האמורפי המקורי שלה. לעומת זאת, האבקה שרוססה באותה טמפרטורה (550 מעלות צלזיוס), אך הושארה על המצע ל-180 מעלות, הראתה את המצע של 180 נקבים. s באיור 13b.